Z-pin增强复合材料层合板拉伸性能的试验研究及模拟分析

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1、第31卷20lO年第12期12月航空学报ACTAAER()NAUTICAETASTR()NAUTICASINICAV01．31No．12Dec．2010文章编号：1000—6893(2010)12—2435—07Z—pin增强复合材料层合板拉伸性能的试验研究及模拟分析李成虎1，燕瑛1，崔玉波2，齐德胜2，温永海2(1．北京航空航天大学航空科学与T程学院，北京100191)(2．中航T业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司，黑龙江哈尔滨150066)ExperimentandSimulationStudyonTensilePropertiesofZ—pinnedCompositeLamin

2、atesLiChenghul，YanYin91，CuiYub02，QiDeshen92，WenYonghai2(1．SchoolofAeronauticScienceandEngineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics。Beijing100191，China)(2．AVICHarbinAircraftIndustryGroupCo．Ltd．，Harbin150066，China)摘要：针对Z-pin增强复合材料层合板的拉伸性能进行了试验研究及模拟分析。拉伸试验研究了3种铺层方式的层合板：[03。-[90]12．[4

3、5／o／一45／90]z。。模拟分析将根据引入Z—pin造成的复合材料层合板微观结构变化建立单胞模型来进行，通过调整单元材料坐标系的1方向来模拟Z-pin周边纤维偏转。通过试验研究和模拟分析得出了Z—pin对3种层合板拉伸强度的影响程度。研究表明Z—pin引人造成的面内纤维含量降低(由树脂富裕区引起)和纤维方向偏转(包括纤维面内偏转和厚度方向卷曲)是层合板拉伸性能降低的主要原因。通过模拟分析进一步得出：对于[03。铺层层合板，Z—pin插入引起的纤维面内偏转是面内拉伸强度降低的主要阂素；对于准各向同性层合板。Z—pin插入产生的树脂富裕区(降低了纤维含量)是面内拉伸强度降低的主要闪

4、素。关键词：Z—pin；层合板；拉伸性能；单胞；偏转中图分类号：V257文献标识码：AAbstract：ThisarticlepresentsanexperimentandsimulationstudyonthetensilepropertiesofZ—pinnedcom—positelaminates．Laminatesofthelay—uppatternsofunidirectional[0]6and[90]12andquasi—isotropic[45／o／一45／90]2sarestudiedbyatestofmonotonictension．Simulationstudy

5、iscarriedoutbystudyingthemicrostructuralunitcellthroughadjustingthefirstdirectionofthematerialcoordinatesystemsofelementstomodelthedeflexionoffibersaroundtheZ—pin．TheextentoftheeffectoftheZ-pinonthetensilestrengthofthelaminatesisthusobtainedbyexperimentandsimulation．Thestudyshowsthatin-planefi

6、bredilutionandin—planefibredeflexionandout—of-planefibrecrimpingcausedbyZ—pinarethemaincausesforthedeclineinin-planetensilepropertiesoflaminates．Furthermore，in—planefibredeflexionisthemaincauseforthedeclineofin-planetensilestrengthoflaminatesofthelay-uppatternofunidirectionalE036，whilein—plane

7、fibredilutionisthemaincauseforthedeclineofin-planetensilestrengthoflaminatesofthelay—uppatternofquasi—isotropic[45／0／一45／90]2s．Keywords：Z-pin；laminates；tensileproperty；unitcell；deflexion复合材料层合结构具有很好的面内性能，但它的层间韧性较差11]。较低的层间韧性会造成复合材料层合板结构